ni_daq_m_series

Раздел 4. Аналоговый ввод

С помощью DAQ Assistant можно настраивать каналы на режимы сбора данных RSE и NRSE. За подробной информацией о помощнике DAQ Assistant обратитесь к параграфу "Программная настройка режима аналогового ввода".

Применение несимметричных заземленных схем (RSE) для подключения плавающих источников сигналов

На рисунке 4-9 приведена несимметричная RSE схема подключения плавающего источника сигнала к DAQ-устройству.

Рисунок 4-9. Схема подключения RSE плавающего источника сигнала

Floating Signal Source – плавающий источник сигнала, I/O Connector – разъем ввода-вывода,

Input Multiplexers – входные мультиплексоры, Programmable Gain Instrumentation Amplifier

– инструментальный усилитель с программируемым коэффициентом усиления, Measured Voltage – измеряемое напряжение, Selected Channel in RSE Configuration – выбранный канал сконфигурирован для режима RSE

Вы можете конфигурировать каналы для работы в схемах подключения RSE или NRSE с помощью DAQ Assistant. За подробной информацией о DAQ Assistant обратитесь к параграфу "Программная настройка режима аналогового ввода".

Раздел 4. Аналоговый ввод

Подключение заземленных источников сигналов

Что такое заземленные источники сигнала?

Заземленный источник сигнала – это источник, подключенный к цепи заземления здания. С этой же (общей) цепью соединена и общая точка устройства сбора данных, причем предполагается, что и компьютер, и источник сигнала подключены к одной и той же сети питания. К этой категории источников относятся неизолированные от земли выходы измерительных приборов и устройства, подключенные к системе электроснабжения здания.

Разность потенциалов общих проводов двух измерительных приборов, подключенных к системе электроснабжения здания, обычно находится в диапазоне от 1 до 100 мВ, однако она может быть значительно больше, если схемы их питания выполнены неправильно. Некорректное измерение выходного сигнала от заземленного источника проявляется в виде дополнительной составляющей погрешности измерений. Чтобы исключить влияние упомянутой разности потенциалов, следуйте указаниям по подключению заземленных источников сигналов.

Когда необходимо применять дифференциальную схему подключения заземленных источников сигналов

Источник сигнала на входе любого канала следует подключать по дифференциальной схеме (DIFF) при выполнении любого из приведенных ниже условий:

Входной сигнал имеет низкий уровень (менее 1 В).

Соединительные линии между источником сигнала и устройством сбора данных длиннее 3 м.

Для входного сигнала требуется отдельная общая точка или обратный провод.

Соединительные линии проходят через среду с помехами.

Для подключения сигнала доступны два канала аналогового ввода: AI+ и

AI-.

Дифференциальные схемы подключения сигналов снижают уровень паразитных наводок и увеличивают коэффициент ослабления синфазной помехи. Кроме того, эти схемы позволяют измерять входные сигналы с большим уровнем синфазных помех, соответствующим пределам, допустимым для инструментального усилителя.

За подробной информацией о дифференциальных схемах обратитесь к параграфу "Применение дифференциальных схем для подключения заземленных источников сигналов".

Раздел 4. Аналоговый ввод

Когда необходимо применять несимметричную незаземленную схему (NRSE) для подключения заземленных источников сигналов

При выполнении нижеследующих условий следует применять только несимметричную схему с плавающей землей (NRSE):

Входной сигнал имеет высокий уровень (более 1 В).

Проводники между источником сигнала и устройством сбора данных короче 3 м.

Источник входного сигнала может иметь общую точку с источниками других сигналов.

Дифференциальные схемы подключения (DIFF) рекомендуются для обеспечения большей достоверности измерений любого входного сигнала, который не удовлетворяет приведенным выше условиям.

Несимметричные схемы подключения сигналов хуже защищены от наводок, вызываемых емкостными и индуктивными связями, чем дифференциальные схемы. Это объясняется различием путей прохождения сигнала. Наводка, обусловленная индуктивной связью, пропорциональна области взаимодействия двух сигнальных проводников. Наводка из-за емкостной связи зависит от степени различия напряженности электрического поля между двумя проводниками.

При использовании рассматриваемых схем подключения инструментальный усилитель подавляет как синфазную помеху, так и разность потенциалов между заземлениями источника сигнала и устройства сбора данных.

За подробной информацией о подключениях типа NRSE обратитесь к параграфу "Применение несимметричных незаземленных схем (NRSE) для подключения заземленных источников сигналов".

Когда необходимо применять несимметричную заземленную схему с (RSE) для подключения заземленных источников сигналов

Несимметричную заземленную схему (RSE) нельзя применять для подключения заземленных источников сигнала. Вместо нее следует использовать схемы NRSE и DIFF.

Как показано в нижней правой ячейке таблицы 4-3, а данном случае имеет место разность потенциалов между контактом AI GND и контактом заземления датчика. Возникающий паразитный контур заземления является причиной погрешностей измерений.

Применение дифференциальных схем для подключения заземленных источников сигналов

На рисунке 4-10 показано подключение заземленного источника сигнала к устройству сбора данных M серии по дифференциальной схеме.

Раздел 4. Аналоговый ввод

Рисунок 4-10. Дифференциальная схема подключения заземленного источника сигнала

Ground-Referenced Signal Source – заземленный источник сигнала, Common-Mode Noise and Ground Potential – синфазная помеха и потенциал общего провода, I/O Connector – разъем ввода-вывода, Input Multiplexers – входные мультиплексоры, Instrumentation Amplifier –

инструментальный усилитель, Measured Voltage – измеряемое напряжение, M Series Devices Configured in DIFF Mode – устройство M серии сконфигурировано на дифференциальный режим (DIFF)

В данной схеме усилитель одновременно подавляет и синфазную помеху, и разность потенциалов заземления источника сигнала и устройства сбора данных, которая на рисунке обозначена как Vcm.

Напряжение на обоих выводах AI+ и AI– должно оставаться в пределах 11 В относительно вывода AI GND.

Применение несимметричных незаземленных схем (NRSE) для подключения заземленных источников сигналов

На рисунке 4-11 приведена несимметричная схема (NRSE) подключения заземленного источника сигнала к DAQ-устройству.

Раздел 4. Аналоговый ввод

Рисунок 4-11. Схема подключения NRSE заземленного источника сигнала

Ground-Referenced Signal Source – заземленный источник сигнала, Common-Mode Noise and Ground Potential – синфазная помеха и потенциал общего провода, I/O Connector – разъем ввода-вывода, Input Multiplexers – входные мультиплексоры, Instrumentation Amplifier –

инструментальный усилитель, Measured Voltage – измеряемое напряжение,

M Series Devices Configured in DIFF Mode – устройство M серии сконфигурировано на режим NRSE

Напряжение на обоих выводах AI+ и AI– должно оставаться в пределах 11 В относительно вывода AI GND.

Чтобы измерить сигнал от несимметричного заземленного источника, устройство сбора данных следует настроить в режим NRSE. Подайте сигнал на один из каналов аналогового ввода AI <0..15> и присоедините заземляющий контакт источника сигнала к выводу AI SENSE. Вы также можете подать сигнал на один из каналов AI <16..79>, а заземляющий контакт источника соединить с выводом AI SENSE 21. Вывод AI SENSE (или AI SENSE 2) подключен внутри устройства сбора данных к инвертирующему входу инструментального усилителя. Таким образом, контакт заземления источника сигнала соединен с инвертирующим входом усилителя.

Любая разность потенциалов между точками заземления устройства сбора данных и источника сигнала проявляется в виде синфазного сигнала на обоих входах (неинвертирующем и инвертирующем) усилителя, и поэтому подавляется самим усилителем. Если входная цепь устройства сбора данных включена относительно земли также как в режиме сбора данных RSE, разность потенциалов заземления проявится в виде составляющей погрешности измерений.

1 В устройствах NI 6225 в режиме NRSE каждому из каналов AI<16..23> соответствует контакт заземления AI SENSE 2, каждому из каналов AI <64-79> – AI SENSE.

Раздел 4. Аналоговый ввод

Вы можете конфигурировать каналы в режимах сбора данных RSE или NRSE с помощью DAQ Assistant. За подробной информацией о DAQ Assistant обратитесь к параграфу "Программная настройка режима аналогового ввода".

Рекомендации по прокладке соединительных линий

Если не уделять должного внимания маршруту, по которому проложены соединительные линии между источниками сигналов и устройством сбора данных, то на погрешность измерений могут серьезно повлиять помехи окружающей среды. Приведенные ниже рекомендации в основном относятся к линиям, с помощью которых сигнал аналогового ввода подключается к устройству сбора данных, хотя они также имеют отношение к любым соединительным линиям.

Чтобы уменьшить уровень помех и повысить точность измерений, принимайте следующие меры предосторожности:

Используйте дифференциальные схемы (DIFF AI) для подавления синфазной помехи.

Для подключения сигналов аналогового ввода используйте индивидуально экранированные витые пары проводников. Линии такого типа, через которые сигналы подаются на неинвертирующие и инвертирующие каналы ввода, свиты и помещены в экран, который подключается к контакту заземления источника сигнала только в одной точке. Рассматриваемый вид подключения требуется при прохождении сигналов через области, где имеют место большие магнитные поля и электромагнитные помехи.

За подробной информацией обратитесь к документу Field Wiring and Noise Considerations for Analog Signals (Прокладка соединительных линий и учет влияния помех при измерении аналоговых сигналов) из раздела NI Development Zone на сайте ni.com/info с информационным кодом rdfwn3.

Сигналы синхронизации аналогового ввода

Все функциональные возможности по синхронизации, описываемые в данном параграфе, обеспечиваются входящим в состав устройств M серий универсальным блоком синхронизации, все функции которого обобщены на рисунке 4-12. Обратитесь также к параграфу "Маршрутизация тактовых сигналов" раздела 9, " Маршрутизация цифровых сигналов и генерация тактовых сигналов"

Раздел 4. Аналоговый ввод

Рисунок 4-12. Функциональная схема блока синхронизации аналогового ввода

Analog Comparison Event – событие сравнения аналоговых сигналов, Timebase – тактовые импульсы,

Programmable Clock Divider – программируемый делитель частоты, Ctr n Internal Output – сигнал с внутреннего выхода счетчика с номером n, SW Pulse – программно формируемый импульс

В устройствах M серии входы AI Sample Clock (ai/SampleClock) и AI Convert Clock (ai/ConvertClock) используются для дискретизации сигналов. Как показано на рисунке 4-13, сигнал на входе AI Sample Clock (ai/SampleClock) управляет длительностью интервала дискретизации, который является величиной, обратной частоте дискретизации.

Рисунок 4-13. Интервал дискретизации

Channel – Канал, Convert Period – время аналого-цифрового преобразования,

Sample Period – период дискретизации

Сигнал AI Convert Clock задает время аналого-цифрового преобразования, обратно пропорциональное частоте преобразования АЦП (количеству преобразований, которое АЦП может выполнить в единицу времени).

Раздел 4. Аналоговый ввод

Как правило, частота преобразования АЦП представляет собой произведение частоты дискретизации на количество каналов, задействованных в некоторой измерительной задаче.

Примечание: Под частотой дискретизации подразумевается наивысшая частота, с которой устройство сбора данных все еще может выполнять измерения с допустимой погрешностью. Если, например, устройство M серии имеет частоту дискретизации 250 000 отсчетов в секунду – это означает, что одноканальный сбор данных выполняется с частотой дискретизации 250 000 отсчетов в секунду, а сбор данных с двух каналов – с частотой дискретизации 125 000 отсчетов в секунду на канал.

Сбор данных с постзапуском (Posttrigger) позволяет наблюдать только те данные, которые собраны после получения сигнала запуска. Типичная временная диаграмма сбора данных с постзапуском приведена на рисунке 4- 14. В счетчик отсчетов (Sample Counter) загружается определенное значение количества отсчетов, которые должны быть собраны после запуска, в данном примере - пять. С появлением каждого импульса на линии AI Sample Clock эта значение уменьшается на единицу до тех пор, пока не станет равным нулю и, соответственно, все нужные отсчеты данных будут получены.

Рисунок 4-14. Пример сбора данных с постзапуском

AI Start Trigger, AI Sample Clock, AI Convert Clock – запуск (старт), импульсы дискретизации и импульсы преобразования аналогового ввода соответственно, Sample Counter – счетчик отсчетов

Сбор данных с предзапуском (Pretrigger) позволяет Вам наблюдать данные, которые получены как до интересующего события (запуска), так и после него. На рисунке 4-15 приведена типичная временная диаграмма сбора данных с предзапуском. Сигнал AI Start Trigger (ai/StartTrigger) может формироваться как аппаратно, так и программно. Если выбрано программное формирование сигнала запуска, в момент, когда начинается сбор данных, на линии ai/StartTrigger появляется выходной импульс, в течение которого в счетчик опросов (Scan Counter) загружается значение количества отсчетов перед запуском, в данном случае, четыре. С появлением каждого импульса на линии AI Sample Clock это значение уменьшается на единицу до тех пор, пока не станет равным нулю. Далее в счетчик отсчетов загружается значение количества отсчетов после запуска, в данном случае, три.